K rezonanci napětí dochází v elektrickém obvodu, který obsahuje několik prvků: zdroj energie, induktor a kondenzátor. Uvedené prvky jsou zapojeny do série. V tomto případě má zdroj napětí frekvenci, která se shoduje s vnitřní smyčkou. To se často používá v pásmových filtrech.
Obsah
- Sériové připojení
- AC obvod
- Koncept rezonance
- Prospěch a škoda
Sériové připojení
Induktor a kondenzátor v sérii v obvodu působí společně zvláštním způsobem na generátor, ze kterého je obvod napájen. Taky ovlivňují fázový vztah napětí a proudu:
- První prvek posune fázi, zatímco napětí začne předbíhat proud asi o čtvrtinu periody.
- Druhý prvek působí jinak. Způsobí, že proud předběhne napětí také o jednu čtvrtinu fáze fáze.
Indukční odpor působí na fázový posun, proto jej lze považovat za opak kapacitního odporu. Výsledkem je, že konečný fázový posun mezi napětím a proudem v obvodu závisí na celkovém účinku indukčních a kapacitních odporů a také na vztahu mezi nimi. Od toho se odvíjí i povaha řetězu.
Pokud stejnojmenná hodnota překročí opačnou, pak lze systém považovat za kapacitní, protože proud je ve fázi nadřazený. V jiné situaci je povaha obvodu považována za indukční, protože dominuje napětí.
Celková reaktance se dá snadno určit. Je nutné přidat dva indikátory odporu:
- Indukční z cívky.
- Kapacitní z kondenzátoru.
Vzhledem k tomu, že mají opačný účinek, je jednomu z nich přiřazeno záporné znaménko (obvykle kapacita kondenzátoru). Potom lze celkovou reaktanci zjistit takto: odečtěte kondenzátor od indexu cívky. Pokud se celkové napětí vydělí nalezeným parametrem, získá se podle Ohmova zákona síla proudu. Tento vzorec lze snadno změnit převodem na napětí. Bude se rovnat součinu intenzity proudu a rozdílu mezi dvěma odpory (indukční je odebrán z cívky a kapacitní je odebrán z kondenzátoru).
Pokud závorku otevřete, pak první hodnota bude odrážet skutečnou míru části celkového napětí, která se snaží překonat odpor. Druhá je složka celkového napětí, která se snaží překonat kapacitní parametr. Takže celkový stres lze považovat za součet těchto pojmů.
Obvykle lze hodnotu odporu zanedbat. Pokud je příliš velký, musíte s ním stále počítat.
K určení této hodnoty musíte vypočítat druhou odmocninu ze součtu dvou částí:
- Celkový odpor na druhou.
- Druhá mocnina rozdílu mezi indukčním a kapacitním odporem, tedy celková reaktance.
Přechod na Ohmův zákon je zřejmý. Pokud vydělíte proud zjištěnou hodnotou, můžete získat napětí.
AC obvod
Pokud připojíte cívku ke kondenzátoru v sérii, dojde k menšímu fázovému posunu, než kdyby byly tyto prvky zapojeny samostatně. To je způsobeno tím, že tyto prvky působí na řetěz zcela jiným způsobem a posouvají rovnováhu v různých směrech. Kompenzují fázový posun, zprůměrují jeho hodnotu.
Rovnoměrná rovnováha je také možná. Plná kompenzace poměru mezi napětím a proudem nastane, pokud je odpor cívky a kondenzátoru stejný. V tomto případě se řetězec bude chovat, jako by tyto prvky v něm nebyly obsaženy. Působení systému bude redukováno na čistý činný odpor tvořený propojovacími vodiči a cívkou. Síla proudu dosáhne své maximální hodnoty, lze ji vypočítat podle standardního Ohmova zákona.
Koncept rezonance
V popsané situaci se efektivní napětí na cívce a kondenzátoru vyrovnají a také dosáhnou maximální hodnoty. Pokud je aktivní odpor v tomto obvodu minimální, budou místní indikátory několikrát vyšší než celkové napětí. Tento jev se obvykle nazývá napěťová rezonance.
Je důležité tomu rozumět lokální odpory přímo závisí na aktuálních indikátorech. Pokud se frekvence proudu sníží, indukční hodnota se sníží a kapacitní hodnota se zvýší. Kromě aktivního odporu vznikne v síti i reaktivní odpor, kvůli kterému rezonance přijde vniveč. To se také stane, pokud změníte hodnoty indukčnosti nebo kapacity.
Pokud v obvodu dojde k rezonanci, pak se energie zdroje vynakládá výhradně na ohřev vodičů, tzn překonání aktivního odporu, protože cívka bez námahy přenáší proud do kondenzátoru a zpět generátor. V obvodu s jedním z prvků proud kolísá a periodicky prochází ze zdroje do magnetického pole. To se týká cívky. V případě kondenzátoru je pozorována podobná situace, jedná se pouze o elektrické pole. Pokud jsou tyto dva prvky kombinovány a je také pozorována rezonance, pak se energie cyklicky pohybuje z cívky do kondenzátoru a naopak. Navíc se ve větší míře spotřebuje pouze kvůli odporu vodiče.
Pokud je rezonance narušena, množství energie potřebné pro první a druhý prvek se neshoduje. Vznikne přebytek, který bude pokryt úsilím generátoru. Tento proces lze přirovnat k pohybu kyvadlových hodin. Pokud by neexistovala třecí síla, mohla by se rozkmitat bez použití přídavného závaží nebo pružiny v mechanismu. Tyto prvky však v případě potřeby předávají část své energie kyvadlu, díky čemuž překonává sílu tření a neustále se pohybuje. S rezonancí v elektrickém obvodu je množství energie, které musí být sděleno k udržení oscilace, minimální.
Obvod je považován za oscilační obvod, pokud je splněno několik podmínek. Za prvé, proud musí být proměnný. Za druhé, systém musí obsahovat generátor, kondenzátor a induktor. Za třetí, prvky musí být zapojeny do série. Za čtvrté, indikátory vnitřních odporů musí být stejné.
Rezonance je však nemožná, pokud frekvence generátoru, kapacita a indukčnost obvodu neodpovídají hodnotám závislým na jiných parametrech obvodu. Všechny se počítají pomocí speciálních jednoduchých vzorců.
Prospěch a škoda
Často se s výhodou využívá rezonance. Jedním z nápadných každodenních příkladů je oprava rádia. Elektrika zařízení je naladěna tak, že dochází k rezonanci. To zvyšuje napětí na cívce a překračuje hodnotu v obvodu vytvořeném anténou. To je nezbytné pro normální provoz přijímače.
Ale někdy má účinek rezonance extrémně škodlivý vliv na techniku. Zvýšení napětí v některých oblastech může vést k jejich poškození. Vzhledem k tomu, že místní hodnoty neodpovídají generátoru, může dojít k poškození jednotlivých dílů nebo měřicích přístrojů.
